BÀI 3. THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN
3.1. HỆ THỐNG CẤP KHÍ NÉN
3.1.2. Hệ thống khí nén
3.1.2.1. Bộ phận sản xuất khí nén
Khí nén phục vụ trong nhà máy là không khí đƣợc nén tới áp suất thích hợp cho mục đích sử dụng (thông thường khí nén có áp suất từ 7-11Kg/cm2).
Ngoài yêu cầu về áp suất, không khí nén phục vụ cho mục đích điều khiển cần phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu về chất lƣợng mà chủ yếu là yêu cầu về hàm lượng nước trong khí nén.
Hình H-3.1. Sơ đồ hệ thống sản xuất khí nén
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của hệ thống khí nén trong Nhà máy lọc hóa dầu đƣợc mô tả trong hình H-3.1. Theo sơ đồ này, bộ phận sản xuất khí nén bao gồm các thiết bị chính:
- Các máy nén khí;
- Bình chứa khí ƣớt;
- Bình sấy khí;
- Bình chứa khí khô.
a. Nguyên lý hoạt động
Không khí được các máy nén nén tới áp suất thích hợp (thông thường từ 7÷11Kg/cm2), được làm mát rồi đưa tới bình chứa khí ướt. Một phần hơi nước trong không khí được ngưng tụ và tách ra, tuy nhiên, lượng hơi nước trong không khí nén vẫn cao, vì vậy, cần phải tiếp tục đƣợc tách ra khỏi khí nén cho tới khi đạt yêu cầu về độ ẩm cho phép. Không khí sau đó đƣợc đƣa tới bình sấy khô, tại đây lượng hơi nước được tách tiếp tới giới hạn yêu cầu, các hạt rắn lẫn trong không khí cũng đƣợc tách ra ở đây. Không khí sau khi sấy khô đƣợc đƣa tới bình chứa khí nén, bình chứa khí nén có chức năng bình ổn áp suất cung cấp cho các hộ tiêu thụ và là nguồn dự trữ khí nén trong trường hợp các máy nén gặp sự cố hoặc hệ thống phải ngừng hoạt động hoàn toàn do mất điện.
b. Cấu tạo Máy nén khí
Để việc cung cấp khí nén đƣợc liên tục với độ tin cậy cao trong thực tế số máy nén thường được bố trí là ba (3) với công suất mỗi máy đáp ứng 100%
công suất khí nén theo thiết kế, các máy nén hoạt động theo nguyên tắc: 1 máy hoạt động, một máy dự phòng và một máy đang trong giai đoạn bảo dƣỡng.
Theo nguyên tắc hoạt động này, khả năng ngừng hoạt động hoàn toàn của hệ thống khí nén do sự cố máy nén là rất thấp, nếu máy nén đang hoạt động gặp sự cố, máy dự phòng ngay lập tức đƣợc đƣa vào hoạt động, đồng thời máy đang ở trạng thái bảo dƣỡng đƣợc đƣa vào trạng thái dự phòng.
Tùy theo công suất khí nén yêu cầu, máy nén lựa chọn có thể là máy nén kiểu trục vít hoặc máy nén ly tâm. Thông thường nếu công suất máy nén nằm trong dải công suất thông dụng của các nhà chế tạo thì máy nén trục vít sẽ đƣợc ƣu tiên lựa chọn do máy nén trục vít có nhiều ƣu điểm nhƣ độ ổn định cao, hoạt động êm dịu,... Trong trường hợp công suất máy nén lớn không nằm trong dải công suất thông dụng của các nhà chế tạo thì máy nén lý tâm thường được xem xét lựa chọn. Dưới đây trình bày cấu tạo của một số dạng máy nén hay đƣợc sử dụng.
Hình H-3.2. Máy nén kiểu trục vít
Hình H-3.3A Cấu tạo bên trong máy nén kiểu trục vít
Hình H-3.3B-Minh họa cấu tạo bên trong máy nén kiểu trục vít
Hình H-3.4-Cụm máy nén kiểu trục vít lắp đặt hoàn chỈnh
Hình H-3.5A- Nguyên lý cấu tạo bên trong máy nén ly tâm
Hình H-3.5B- Minh họa cấu tạo bên trong máy nén ly tâm
Hình H-3.6-Hình ảnh máy nén ly tâm lắp đặt hoàn chỉnh
Máy nén trục vít là dạng máy nén thể tích có cấu trúc lý tưởng để hoạt động trong điều kiện khí nén có lẫn bụi bẩn hoặc lỏng cuốn theo. Máy nén trục vít cho phép đƣa các chất làm mát, chất rửa sạch vào dòng khí nén do vận tốc dòng thấp. Tuổi thọ của máy nén trục vít có thể đạt tới 20 năm với 3 năm đầu hoạt động liên tục không sự cố. Máy nén trục vít có thể là dạng máy nén một cấp hoặc nhiều cấp tùy vào áp suất yêu cầu. Bộ phận dẫn dộng có thể là mô tơ điện hoặc tuabin hơi. Máy nén kiểu trục vít có nhiều ƣu điểm so với một số kiểu máy nén khác trong dải công suất và áp suất làm việc của nó.
Một số ƣu điểm của máy nén kiểu trục vít so với máy nén kiểu pít-tông:
- Không có bộ phận chịu tác dụng của ứng suất mỏi do phải hoạt động liên tục(xéc măng pít-tông, van) do vậy ít phải bảo dƣỡng.
- Không có bộ phận dao động lệch tâm vì vậy máy ít rung động hơn nhờ đó chi phí cho nền móng cũng ít hơn.
- Khả năng phục vụ cao, đạt tới 99%.
Một số ƣu điểm của máy nén kiểu trục vít so với máy nén kiểu ly tâm:
- Khí nén có thể chứa bụi (cho phép tới 300mg/m3) hoặc giọt lỏng (điều mà máy nén khác dường như không cho phép);
- Vận tốc đầu ra thấp vì vậy cho phép đƣa chất lỏng vào dòng với mục đích làm mát hoặc rửa sạch;
- Lưu lượng thể tích cửa hút máy dường như không đổi khi tỷ số nén thay đổi do vậy không gây ra hiện tƣợng xung;
- Có đáp ứng rất tốt giữa mức tải và năng suất tiêu thụ: 50% lưu lượng tương ứng 50% vận tốc và tiêu thụ năng lượng bằng 50%;
- Hoạt động ở dưới vận tốc độ công hưởng thứ nhất của trục quay vì vậy không gây ra hiện tƣợng rung động nguy hiểm khi máy vƣợt qua vận tốc cộng hưởng này.
Bình chứa khí nén ƣớt
Bình chứa khí ƣớt có chức năng chứa khí nén đã đƣợc làm mát từ máy nén khí đưa tới. Thông thường, hai bình chứa khí nén ướt mỗi bình có sức chứa bằng 100% công suất của hệ thống. Hai bình chứa này hoạt động theo nguyên tắc một bình hoạt động, một bình ở trạng thái dự phòng. Thiết kế theo nguyên tắc này đảm bảo thường xuyên bảo dưỡng/sửa chữa được bình chứa cũng như đảm bảo công tác thanh tra định kỳ bắt buộc mà không ảnh hưởng đến hoạt động liên tục của hệ thống. Các bình chứa khí ƣớt là các bình trụ chế tạo bằng thép cacbon.
Bình sấy
Quá trình sấy khí nén để tách hơi nước hoạt động theo nguyên lý sấy lạnh.
Không khí nén sẽ đƣợc làm lạnh tới nhiệt độ nhất định (tùy thuộc vào yêu cầu tách ẩm ra khỏi khí nén). Mục đích tách hơi nước ra khỏi khí nén là tránh hiện tượng ngưng tụ hơi nước trên đường ống gây ăn mòn đường ống. Khi trong khí nén có chứa hơi nước, trong quá trình hoạt động nếu nhiệt độ môi trường xuống thấp cộng với tổn thất áp suất cục bộ, nhiệt độ khí nén giảm đột ngột dẫn đến hiện tượng ngưng tụ nước trong lòng ống. Nước ngưng tụ trong đường ống không chỉ làm ăn mòn thiết bị mà còn ảnh hưởng đến độ chính xác hoạt động của các thiết bị điều khiển bằng khí nén. Vì vậy, một trong những chỉ tiêu quan trọng của khí nén điều khiển là nhiệt độ điểm sương (Dew point), nhiệt độ này tùy thuộc vào điều kiện khí hậu nơi đặt nhà máy. Với các vùng ôn đới nhiệt độ điểm sương của khí nén yêu cầu tới-400C, với vùng xích đạo và nhiệt đới, nhiệt độ điểm sương có thể được quy định cao hơn (từ-150C đến +50C). Về nguyên tắc, nhiệt độ điểm sương của khí nén càng thấp thì càng tốt tuy nhiên chi phí đầu tƣ cho thiết bị sấy và chí phí vận hành càng cao, vì vậy cần hài hòa giữa chất lƣợng và hiệu quả kinh tế.
Để tách nước được hiệu quả, trước mỗi bình sấy người ta lắp đặt một bộ lọc tách dầu kéo theo nhằm tránh hiện tượng tạo nhũ tương trong bộ phận bẫy nước.
Bình sấy ngoài nhiệm vụ tách ẩm còn có nhiệm vụ tách các hạt rắn trong khí nén. Nhằm thực hiện nhiệm vụ này, sau mỗi bình sấy, một thiết bị lọc hạt rắn đƣợc lắp đặt để tách các hạt rắn và các cặn bẩn dạng rắn khác kéo theo dòng khí nén. Các hạt rắn có kích thước lớn hơn 3 μm sẽ bị loại ra khỏi khí nén.
Tổng lƣợng các chất rắn trong khí nén sau khi ra khỏi bình sấy không đƣợc phép vượt quá 0.1 g/m3. Thông thường, hệ thống sản xuất khí nén trong nhà máy lọc hóa dầu có hai bình sấy, mỗi bình đƣợc thiết kế 100% công suất. Các bình sấy này cũng hoạt động theo nguyên tắc một hoạt động và một ở chế độ dự phòng. Chất lƣợng khí nén đi ra khỏi bình sấy đƣợc kiểm tra bằng đầu phân tích nhiệt độ điểm sương nối với trung tâm điều khiển bằng hệ thống DCS.
Bình chứa khí nén khô
Khí nén sau khi đƣợc làm khô và làm sạch đƣợc đƣa tới bình chứa khí khô. Bình chứa khí khô có nhiệm vụ bình ổn áp suất cung cấp cho các hộ tiêu thụ và dự trữ khí nén điều khiển trong trường hợp khẩn cấp (mất điện hoặc các máy nén gặp sự cố dừng hoạt động hoàn toàn). Tùy theo quan điểm về đảm bảo an toàn hoạt động mà thể tích bình chứa khí nén đƣợc xác định với công suất chứa đảm bảo để duy trì hoạt động các thiết bị các thiết bị sử dụng khí nén trong vòng 10 tới 20 phút.
Thông thường, hệ thống khí nén có hai bình chứa, mỗi bình chứa có dung tích đảm bảo 100% công suất ở điều kiện hoạt động bình thường. Nhờ vậy mà có thể sửa chữa hay thanh tra định kỳ một bình chứa mà hệ thống vẫn hoạt động bình thường.